한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회논문집
선삭 및 연삭가공이 가능한 복합연삭기 구조설계에 관한 연구
A Study on the Structure Design of Complex Grinding Machine
*#문 홍 만1, 김 기 정1, 배 경 태2
*#H. M. Moon([email protected])1, K. J. Kim1, G. T. Bae2
1덕흥(주), 2경상대학교 에너지기계공학과
Key words : Combination Processing, Built-in Motor, Grinding Machine
1. 서론 최근 선진국의 공작기계 개발 현황을 분석하면 첨단산업에 적용되는 다양한 부품 대상으로 복합 가공(Combination Processing)이 가능한 공작기계 가 개발되고 있는 추세이다. 다수의 공작기계로 가공을 해왔던 가공공정을 복합가공기계를 도입 함으로써 공정을 집약할 수 있다. 이에 따라 가공시 간의 단축과 공작물을 교체 할 때에 정밀도의 저하 를 개선할 수 있다. 본 연구에서는 선삭가공(Turning) 및 연삭가공 (Grinding)이 가능한 공정집약형 복합연삭기의 주 요 유니트(Unit)와 베드(Bed)의 최적합 조립 구조설 계에 대하여 기술하였다. 2. 복합연삭기의 주요 유니트 설계 복합연삭기 베드구조물 상부에는 선삭가공 및 연삭가공이 한 대의 기계에서 가공을 수행해야 되기 때문에 Fig. 1 ~ Fig. 4의 그림과 같이 주축대 (Work head), 지석대(Wheel head), 공구대(Turret), 심압대(Tailstock)가 필요하다. Fig. 1은 공작물을 고정하는 주축대이다.
Fig. 1 Structure of built-in motor work head 고정밀 가공을 위하여 기존의 벨트(Belt) 구동형 에서 내장형 모터(Built-in Motor)를 구동원으로 배 치하였으며 벨트 장력의 영향을 배제함으로써 고 정밀 회전을 할 수 있다. 주요 성능은 6인치 척 (Chuck)이 장착 가능하며 최대 5,000rpm으로 회전 할 수 있다. Fig. 2는 연삭숫돌의 회전력으로 공작물을 연삭 하기 위한 지석대이며 주축대에 적용한 내장형 모터를 구동원으로 배치하였다. 베어링 형식은 유 정압 베어링(Hydrostatic bearing)을 적용하여 1㎛ 이내의 스핀들 Run-out이 기대된다. 연삭숫돌의 크기는 ∅400mm이며 회전속도는 60m/s의 성능을 낼 수 있다.
Fig. 2 Structure of built-in motor wheel head 원형의 공작물 대상으로 선삭가공을 하기 위하 여 Fig. 3의 공구대가 필요하며 주요 기능으로 밀링
(Milling) 공구를 탈․부착할 수 있는 구조이다. 최대
공구 부착수는 12본이며 1Step 회전 시 0.3초의 시간이 소요된다.
Fig. 3 Structure of turret
한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회논문집
Fig. 4는 주축대와 동심선상에서 공작물을 지지 하는 심압대이며 주요사양은 MT No.4급의 센터를 지지할 수 있다.
Fig. 4 Structure of tailstock
3. 복합연삭기의 베드 구조물 설계 복합연삭기의 베드 구조물은 원할한 칩(Chip) 처리를 위하여 Fig. 5와 같이 경사형으로 설계되어 야 하며 Shim형의 저 진동형 미네랄 캐스팅(Mineral Casting) Plate를 적용한 주철 복합 베드 구조물이 다. 미네랄 캐스팅은 Fig. 6과 같이 주철구조 대비 약 10배의 진동 흡수력과 20% 이상의 노이즈 감소 효과가 예상된다.
Fig. 5 Structure of bed
Fig. 6 Vibrate of mineral casting
4. 복합연삭기 최적합 조립 구조의 설계
Fig. 7과 Fig. 8은 조립 완성될 모델링의 예시이며 주요 유니트 하부에 X축과 Z축의 슬라이드 유니트 가 조립되며 경사형 베드 구조로 조립된다.
Fig. 7 Structure Design-1 (ground plan)
Fig. 8 Structure Design-2 (side view)
5. 결론 복합연삭기에서 선삭가공 및 연삭가공이 한 대 의 기계에서 가공이 가능한지를 파악하기 위하여 주축대, 지석대, 공구대, 심압대의 모델링을 토대로 조립 가능성을 확인하였다. 또한 베드와 슬라이드 부의 모델링 결과를 활용하여 전체 시스템의 조립 성을 검토한 결과 복합연삭기 상세 설계 시 조립성 측면의 구조적 안정성을 확인하였다. 후기 본 연구는 지식경제부와 한국산업기술진흥원에 서 지원하는 동남광역경제권 선도산업 지원단의 광 역경제권 선도산업 육성사업으로 수행된 연구결과 입니다. 참고문헌 1. 김기만 외 2인, “5축 공작기계의 고강성 구조설계 에 관한 연구”, 한국기계가공학회 2011년도 춘계 학술대회 논문집, pp.175~176 2. 박천홍 외 3인, “경면 가공용 고정밀 CNC 선반 개 발”, 1997년도 한국정밀공학회지, 제 14권 3호, pp.82~88
